Estudio de las ecuaciones de Boussinesq para la modelización de tsunamis

[es]Podemos encontrar las ecuaciones de Boussinesq en la descripción de playas, rios y lagos. Estas ecuaciones estudian la dinámica de las aguas poco profundas como las ecuaciones “ Korteweg-deVries (KdV)". Sin embargo, a pesar de ser más conocidas, las ecuaciones de KdV, no son capaces de modelar olas solitarias propagándose en distintas direcciones. Entre muchas otras aplicaciones de las ecuaciones de Boussinesq destaca la de modelar olas de tsunamis. Estos tipos de olas ya son perfectamente descritos por las ecuaciones de Navier Stokes, pero todavía no existen técnicas que permitan resolverlas en un dominio tridimensional. Para ello se usan las ecuaciones de Boussinesq, pensadas como una simplificación de las ecuaciones de Navier Stokes. Los años 1871 y 1872 fueron muy importantes para el desarrollo de las ecuaciones de Boussinesq. Fue en 1871 cuando Valentin Joseph Boussinesq recibió el premio de la “Academy of Sciences”, por su trabajo dedicado a las aguas poco profundas. Ahí fue donde Boussinesq introdujo por primera vez los efectos dispersivos en las ecuaciones de Saint-Venant. Por ello, se puede decir que las ecuaciones de Boussinesq son más completas físicamente que las ecuaciones de Saint-Venant. Las ecuaciones de Boussinesq contienen una estructura hiperbólica (al igual que las ecuaciones no lineales de aguas poco profundas) combinada con derivadas de orden elevado para modelar la dispersión de la ola. Las ecuaciones de Boussinesq pueden aparecer de muchas formas distintas. Dependiendo de como hayamos escogido la variable de la velocidad podemos obtener un modelo u otro. El caso más usual es escoger la variable velocidad en un nivel del agua arbitrario. La efectividad de la ecuación de Boussinesq seleccionada variará dependiendo de la dispersión. Una buena elección de la variable velocidad puede mejorar significativamente la modelización de la propagación de ondas largas. Formalmente, como veremos en el capítulo 1, podemos transformar términos de orden elevado en términos de menor orden usando las relaciones asintóticas. Esto nos proporciona una forma elegante de mejorar las relaciones de dispersi\'on. Las ecuaciones de Boussinesq más conocidas son las que resolveremos en el capítulo 2. En dicho capítulo veremos la ecuación cúbica de Boussinesq, que sirve para describir el movimiento de ondas largas en aguas poco profundas; las ecuaciones de Boussinesq acopladas, que describen el movimiento de dos fluidos distintos en aguas poco profundas (como puede ser el caso de un barco que desprende accidentalmente aceite, el aceite va creando una capa que flota encima de la superficie del agua); la ecuación de Boussinesq estándar, que describe un gran número de fenómenos de olas dispersivas no lineales como la propagaci\ón en ambas direcciones de olas largas en la superficie de aguas poco profundas. Pero en olas de longitud de onda corta presenta una inestabilidad y la ecuación es incorrecta para el problema de Cauchy, por ello Bogolubsky propuso la ecuación de Boussinesq mejorada. Esta ecuación es la última que estudiaremos en el capítulo 2 y es una ecuación físicamente estable, correcta para el problema de Cauchy y además como veremos en el capítulo 3, apropiada para las simulaciones numéricas. Como ya indicado, en el capi tulo 1 deduciremos las ecuaciones de Boussinesq a partir de las ecuaciones físicas del flujo potencial. El objetivo principal es deducir dos modelos de ecuaciones de Boussinesq acopladas y obtener su relación de dispersión. Para llegar a ello, se usa un método de la expansión asintótica de la velocidad potencial en términos de un pequeño parámetro. De esta manera conseguimos dos modelos distintos, cada uno asociado a uno de los dos modelo de disipación que hemos establecido. Por último dado que las ecuaciones siempre vienen dadas en variables dimensionales, volveremos a la notación dimensional para analizar la relación de dispersión de las ecuaciones de Boussinesq disipativas. En el capí tulo 2 pasaremos a su resolución analítica, buscando soluciones de tipo solitón. Introduciremos el método de la tangente hiperbólica, muy útil para encontrar soluciones exactas de ecuaciones no lineales. Usaremos este método para resolver la ecuación cúbica de Boussinesq, un sistema de ecuaciones acopladas de Boussinesq, la ecuación estandar de Boussinesq y la mejorada. Los sistemas que aparecen en la aplicación del método de la tangente hiperbólica estan resueltos usando el software Mathematica y uno de ellos irá incluido en el apéndice A. En el capíulo 3 se introduce un esquema en diferencias finitas, que sirve para convertir problemas de ecuaciones diferenciales en problemas algebraicos fácilmente resolubles numéricamente. Este método nos ayudaráa estudiar la estabilidad y a resolver la ecuación mejorada de Boussinesq numéricamente en dos ejemplos distintos. En el apéndice B incluiremos el programa para la resolución numérica del primer ejemplo con el Mathematica.

Inestabilidades térmicas: célula de Bénard

En este trabajo se estudia el comportamiento de una lámina de fluido limitada por dos superficies. La temperatura de la superficie inferior es mayor que la de la placa superior. Para pequeños gradientes de temperatura la conducción de calor será suficiente para disipar el calor. Sin embargo, la convección de Bénard, es decir, el movimiento macroscópico de las partículas del fluido, comienza cuando la conducción no es capaz por sí sola de disipar todo el calor debido a un mayor gradiente de temperatura. La consecuencia más notable de la convección es la formación de las llamadas celdas de Bénard. Como se va a demostrar estas solo pueden adoptar determinadas formas geométricas. De hecho, solo pueden ser polígonos regulares y solo serán visibles cuando la diferencia térmica entre las superficies no sea excesivamente grande y el flujo no sea turbulento. Una característica importante de este tipo de sistemas es que las ecuaciones que las rigen no son lineales, y, por tanto, aparece el fenómeno del caos determinista.

O que nos une, o que nos separa: do encontro e da distância na fotografia

A pesquisa desenvolvida parte de um diálogo entre a minha produção artística e uma reflexão teórica sobre fotografia. Reflexão que não se esgota neste trabalho, mas, ao contrário, abre novas brechas para imagens e palavras que virão. O fio condutor da minha produção fotográfica reflete uma forma específica de pensar a fotografia para além da imagem, que eleva a ideia de instante a uma potência de momento fotográfico. A expectação é pensada aqui como uma interação onde surge uma nova relação entre fotógrafo-fotografado. O interesse pelos olhares que atravessam a câmera, além daqueles que, mais tarde, pousarão na superfície da imagem, aproxima esta pesquisa da filosofia de Georges Didi-Huberman, que propõe um diálogo incessante entre o visível e o invisível na imagem e descortina o jogo entre o perto e o distante no olhar. Como a fotografia percorre as distâncias fazendo desse caminho também um encontro? A fotografia é tomada como um elo e também como objeto. Diferentes materialidades da imagem definem diferentes temporalidades. O tempo que ronda o ato fotográfico se alarga e se estreita em função de seus meios de produção. Mauricio Lissovsky aponta a expectação como fator determinante das imagens fotográficas. Suely Rolnik, em suas direções cartográficas sentimentais, guia essa trama fluida, que também se compõe pelo afeto. Miwon Kwon, ao pensar a sensação de instabilidade e não pertencimento, sugere novas formas de relação com o lugar estrangeiro. Hal Foster considera a inserção da arte na vida social uma dimensão intrínseca à prática artística contemporânea. Nesse contexto, localizo a minha pesquisa. Alguns trabalhos de Nan Goldin, Sophie Calle, Rosângela Rennó e Alexandre Sequeira, entre outros artistas e pesquisadores, são trazidos à cena, para compor e perpetuar o delicado jogo de olhares, distâncias, imagens e encontros

El impacto del Plata sobre el océano Atlántico

Los habitantes de la región costera desde la provincia de Buenos Aires en la Argentina (océano Atlántico sudoccidental) hasta Río Grande, en el sur del Brasil, saben que en enero el agua de mar es casi 10ºC más cálida que en julio. Lo que llama la atención es que en esta región se presentan las mayores variaciones estacionales de temperatura de todo el Atlántico Sur. Un observador algo más perceptivo notaría también cambios de color en su superficie de acuerdo con la época del año. Para explicar estas observaciones se ha especulado acerca de la existencia de frecuentes incursiones de agua fría, originadas en la corriente de Malvinas. En este artículo se presentan evidencias que sugieren que las más importantes alteraciones ambientales a lo largo de una franja costera de más de 1000 km se deben a la variable influencia de las aguas que el Río de la Plata derrama sobre el océano Atlántico.

Efecto de la radiación ultravioleta sobre los ecosistemas acuáticos

Hasta hace poco tiempo se consideraba que la radiación ultravioleta carecía de importancia como factor ambiental en los ecosistemas acuáticos, ya que se suponía que se absorbía totalmente en los primeros centímetros de la columna de agua. Gracias al desarrollo de mejores instrumentos de medición, hoy se sabe que la penetración de la radiación ultravioleta en el agua es mucho mayor que la estimada anteriormente, y que sus efectos biológicos resultan observables hasta decenas de metros de profundidad. Este artículo de divulgación científica incluye, además de lecturas sugeridas, información del ozono estratosférico y troposférico, y sobre factores que afectan la intensidad de la radiación ultravioleta que llega a la superficie terrestre.

Oasis en el océano: los frentes costeros del Mar Argentino

En el Atlántico argentino es posible reconocer zonas dinde distintas aguas con característica propias se encuentran. Ello ocasiona que aguas ricas en nutrientes sean movidas hacia la superficie, dando base a una alta producción biológica. Se describen la generación de frentes de mareas, se caracterizan por ejemplo, los frentes marinos, el frente del talud continental, el de la península de Valdés (prov. Chubut, Argentina), y el frente estuarial del Río de la Plata. Este trabajo de divulgación científica analiza la importancia ecológica de los frentes y además las posibilidades que brindan nuevas tecnologías satelitales que contribuirán a mejorar la comprensión del funcionamiento de los sistemas.

Observaciones sobre la reproducción, desarrollo embrionario y larval de la anchoíta argentina (Engraulis anchoita)

The first studies on the problems related to the reproduction of marine fish in Argentina (SW Atlantic ocean) have been carried out with a species of great economic importance, the anchovy (Engraulis anchoita Hubbs and Marini). The spawning period of this species during the period 1963-64 has been determined. By the application of the quantitative collection method, it has been established that spawning commenced in the areas close to the coast during the first few days of September and at a water temperature of 10,3° C and reached its greatest intensity in October (up 1569 eggs/1 square metre surface water) at a temperature varying between 11,5-13,8° C. From the middle of November the anchovy continues to reproduce in a less intensive form and further out to Sea, up to at least the month of May. The intensity of reproduction reaches a peek in February, and at a water temperature of 20° C. It is believed that two physiologically distinct populations of Engraulis anchoita may exist, the first reproducing in Spring and the second in Autumn. It has been established that a daily spawning rhythm occurs, between the hours of 8 and 12 p. m. During this period it was possible to obtain mature females with which artificial fertilization was performed. The rate of development was determined, which at a temperature of 14-15° C is from 69-72 hours, and at a temperature of 19-20° C from 50-53 hours. A temperature of 49° C was found be lethal. The different embryonic and larval stages of development are illustrated diagramatically and individually described. The preliminary studies on the larvae and juveniles caught in the Sea during the period of reproduction led to the formulation of certain conclusions whith reference that the juveniles, as yet larvae, begin to group together at an early age, and the younger individuals the more uniform are the schoals whith regards to the total size of the specimens. It has shown that the anchovy during its first year of life tends to display littoral behaviour. RESUMEN EN ESPAÑOL: Los primeros estudios de los problemas referentes a la reproducción de los peces marinos en la Argentina (océano Atlántico sudoccidental) se han efectuado sobre una especie de gran importancia económica, Engraulis anchoita Hubbs y Marini. Se ha determinado la época de desove de la anchoíta en un período anual 1963-64. Aplicando el método de recolección cuantitativo se ha establecido que el desove de esta especie ha empezado en las zonas muy cercanas a la costa, en los primeros días de setiembre a la temperatura 10,3° C y ha alcanzado mayor intensidad en octubre (hasta 1569 huevos en 1 m2 de la superficie del agua) a la temperatura 11,5°-13,8° C. Desde mediados de noviembre la anchoíta sigue reproduciéndose en forma poco intensiva y más mar afuera, hasta por lo menos el mes de mayo. La intensidad de reproducción para este segundo período alcanza un pico, aunque muy pequeño en febrero a la temperatura 20° C. Se hace la suposición de que pueden existir dos de distintas características fisiológicas poblaciones de Engraulis anchoita una de reproducción primaveral y otra de reproducción otoñal. Además se ha establecido que existe un ritmo diario de desove que comprende las horas 20-24. En las horas de postura se pudo conseguir hembras maduras y con sus productos sexuales se efectuó la fecundación artificial. Se determinó la velocidad de desarrollo que a la temperatura 14°-15° C es de 69-72 horas y en la temperatura 19°- 20° C es de 50-53 horas. La temperatura 4° resultó ser letal. Se realizaron dibujos y descripciones correspondientes a los distintos estadios embrionarios y larvales. Los estudios preliminares de las larvas y juveniles de la anchoíta, capturados en el mar en la época de reproducción, permitieron sacar ciertas conclusiones sobre el crecimiento en sus primeros meses de vida. Se observó que los juveniles, larvas todavía, empiezan a agruparse muy temprano y cuanto más jóvenes son los individuos, tanto más uniformes son los cardúmenes en las dimensiones de los ejemplares. Se demostró que la anchoíta en su primer año de vida tiene costumbres muy costeras.

Desempenho da irrigacao por microaspersao com diafragma autocompensante em bananeira no projeto de colonizacao gerais de Balsas - MA.

Atendendo a demanda da CAMPO (Cia. de Producao Agricola) delineou-se este trabalho com o proposito de avaliar o desempenho de um sistema de irrigacao por microaspersao no Projeto de Colonizacao Gerais de Balsas - MA. Com base nas medidas da vazao da agua aplicada e da pressao, determinou-se a uniformidade da emissao do sistema, objetivando estabelecer seu grau de aceitabilidade. Testes em microaspersores isolados permitiam comparar perfis de distribuicao de agua em condicoes variaveis de vento. Foram ainda determinados o percentual de area molhada, o perfil de umidade do solo, a superficie de aspersao e a tensao de agua no solo na zona de raizes e nas condicoes locais de operacao. Observando-se os resultados, verificou-se elevada uniformidade de emissao de 97,5%, classificando o sistema como excelente. A eficiencia da aplicacao da agua foi de 87,8%, superando o minimo recomendavel que e de 80%. O percentual da area molhada foi adequado, atingindo 63,5% de area umida. Ate 2 metros do microaspersor, a 20 cm de profundidade do solo, as tensoes, variaveis de 30 a 85 kPa, sao apropriadas as boas produtividades da bananeira. Alem dessas distancias, as tensoes atingem valores limitantes de 400 a 500 kPa.

Severidade da antracnose e perda de materia fresca do maracuja-doce em dois ambientes de armazenamento.

Frutos do maracuja-doce de dez procedencias foram avaliados quanto a severidade da antracnose (Colletotrichum gloeosporioides Penz.) e quanto a perda de materia fresca em dois ambientes de armazenamento: camara fria ( 5 ºC e UR de 90%) e em ambiente de sala ( 23 +-1 ºC e UR de 65+- 5%). Plantas provenientes de frutos colhidos em estado nativo ou adquiridos nos mercados da Central de Abastecimento de São Paulo - CEAGESP, procedencias A, B, e C; Vicosa-MG, procedencia D; Tome-Acu-PA, procedencia E, Itacoatiara-AM, procedencia F, Ouro Preto d'Oeste-RO, procedencia G; Domingos Martins-ES, procedencia H; Pontes e Lacerda-MT, procedencia I; e Rondonopolis-MT, procedencia J foram estabelecidas no Distrito Federal. Apos as primeiras colheitas, a melhor planta de cada procedencia, selecionada pela maior taxa de vingamento, coloracao de casca, tamanho do fruto e menor espessura da casca, foi multiplicada por estaquia. Frutos de tres plantas de cada procedencia, obtidos por polinizacao natural, forma colhidos de vez e mantidos em caixas-padrao de papelao. As avalacoes forma efetuadas no dia da colheita (tempo zero), aos 3, 6, 9 e 12 dias apos, determinado-se o percentual de perda de materia fresca e a severidade da antracnose ( % da superficie do fruto ocupada por lesoes) e incidencia (% de frutos atacados) de outras doencas, aos 12 dias de armazenamento. As procedencias com menores indices de antracnose foram a I e a G, seguidas pela D e J. Os frutos armazenados em camaras fria foram menos afetados pela doenca. As procedencias G e A foram as que, ao final dos doze dias de armazenamento, perderam menos materia fresca sendo as perdas respectivamente de 16,68% e 17,86% em ambiente de sala e de 7,71% e 6,61% em camara fria. Considerando-se a media de todas as procedencias aos 12 dias de armazenamento, a menor perda de materia fresca ( 9, 78%) ocorre em camara fria, contra 22, 06% em ambiente de sala. As procedencias A, E, F, G e J perde menos materia fresca em ambiente natural que as demais.

Espalhamento e eficiencia de uma formulacao de fungo a base de oleo adjuvante emulsionavel.

O objetivo deste trabalho foi quantificar duas vantagens (bom espalhamento e eficiencia) do uso de formulacoes de fungo em oleos adjuvantes emulsionaveis (OAE) em relação a outras formulacoes utilizadas no controle biologico de pragas. O espalhamento de conidios do fungo Metarhizium anisopliae, formulados em diferentes concentracoes ( 1%, 5%, 10%, 15%, 20% e 25%) de OAE Codacide, foram comparados entre si, com uma formulacao-padrao de agua com 0,05% Tween 80, com uma formulacao em oleo puro de amedoim e formulacao da mistura de oleos minerais (50% Shellsol T e 50% Ondina EL) sobre superficie hidrofobica de papel siliconado. Em seguida, realizou-se um bioensaio para comparacao da eficiencia das diferentes formulacoes de fungo, exceto a mistura de oleos minerais sobre larvas do coleoptero Tenebrio molitor. Os resultados demonstraram que os primeiros 30 minutos são suficientes para que as formuladas atinjam o espalhamento maximo. Quando a concentracao de OAE aumenta, o espalhamento tambem melhora. As formulacoes oleosas espalham mais que as formulacoes a base de agua. Concentracoes de OAE entre 5% e 25% aumenta, a infectividade do fungo e são mais eficientes que o fungo em agua com Tween e tão eficientes quanto as oleosas.

Towards the identification of the common features of bacterial biofilm development

UPNa. Instituto de Agrobiotecnología. Laboratorio de Biofilms Microbianos

Puesta a punto de un equipo de anodizado para aleaciones de aluminio

En este proyecto se realiza la anodización, en planta piloto de laboratorio, de muestras de aluminio de pequeñas dimensiones, sometiendo posteriormente estas muestras anodizadas a los ensayos exigidos por las normas ISO para este tratamiento de superficie

Clasificadora de patata de frecuencia natural

En este trabajo se desarrollara una criba de frecuencia natural para el calibrado de patatas en diferentes tamaños. La motivación para realizar trabajo surge de la idea de mejorar los sistemas de clasificado de hortalizas de hoy en día, concretamente el de patatas. El consumo de patatas en la actualidad es muy elevado, ya que se considera un alimento básico en nuestras vidas, por tanto su comercialización está asegurada. En la comercialización, la patata, debe cumplir unos requisitos obligatorios establecidos por la ley. El presente proyecto trata del diseño, para su posterior fabricación, de una criba para la clasificación de patata en fresco en siete tamaños diferentes aplicando la tecnología de vibración basada en la frecuencia natural de los materiales. Para ello una vez determinadas las luces y superficies de malla idóneas para cada tamaño a clasificar, elegiremos el soporte físico que las va a soportar. Este modo de clasificar las patatas es un sistema novedoso, ya que consigue un importante ahorro de energía

Ilustraciones del proceso de bruñido realizados en La Chamba - Guamo - Tolima.

15 hojas : ilustraciones, fotografías

Interactions spatiales et auto-organisation des végétations semi-arides

Les recherches récapitulées dans cette thèse de doctorat ont porté sur les causes de l’organisation spatiale des végétations périodiques. Ces structures paysagères aux motifs réguliers, tachetés, tigrés ou labyrinthiques, d’échelle décamétrique à hectométrique, couvrant des étendues considérables sur au moins trois continents, constituent un cas d’école dans l’étude des processus endogènes présidant à l’hétérogénéité du couvert végétal. Ces structures prennent place sur un substrat homogène, mis à part la rétroaction du couvert lui-même, et sont marquées par des écotones abrupts et la persistance d’une proportion considérable de sol nu. Plusieurs modèles ont mis en avant l’existence possible d’un phénomène d’auto-organisation du couvert, qui verrait une structure d’ensemble émerger des interactions locales entre individus. Ces modèles se basent sur le jeu simultané de la consommation de la ressource (compétition) et de l’amélioration de l’un ou l’autre des éléments du bilan de la même ressource par le couvert (facilitation). La condition à l’existence d’une structure d’ensemble spatialement périodique et stable réside dans une différence entre la portée de la compétition (plus grande) et celle de la facilitation. L’apparition de ces structures est modulée par le taux de croissance biologique, qui est le reflet des contraintes extérieures telles que l’aridité, le pâturage ou la coupe de bois. Le modus operandi des interactions spatiales supposées entre individus reste largement à préciser.

Nos recherches ont été menées au sud-ouest de la République du Niger, à l’intérieur et dans les environs du parc Régional du W. Trois axes ont été explorés :(i) Une étude de la dépendance spatiale entre la structure de la végétation (biovolumes cartographiés) et les paramètres du milieu abiotique (relief, sol), sur base d’analyses spectrales et cross-spectrales par transformée de Fourier (1D et 2D). (ii) Une étude diachronique (1956, 1975 et 1996) à large échelle (3000 km²) de l’influence de l’aridité et des pressions d’origine anthropique sur l’auto-organisation des végétations périodiques, basée sur la caractérisation de la structure spatiale des paysages sur photos aériennes via la transformée de Fourier en 2D. (iii) Trois études portant sur les interactions spatiales entre individus :En premier lieu, via l’excavation des systèmes racinaires (air pulsé) ;Ensuite, par un suivi spatio-temporel du bilan hydrique du sol (blocs de gypse) ;Enfin, via le marquage de la ressource par du deutérium.

Nous avons ainsi pu établir que les végétations périodiques constituent bien un mode d’auto-organisation pouvant survenir sur substrat homogène et modulé par les contraintes climatiques et anthropiques. Un ajustement rapide entre l’organisation des végétations périodiques et le climat a pu être montrée en zone protégée. La superficie et l’organisation des végétations périodiques y ont tour à tour progressé et régressé en fonction d’épisodes secs ou humides. Par contre, en dehors de l’aire protégée, la possibilité d’une restauration du couvert semble fortement liée au taux d’exploitation des ressources végétales. Ces résultats ont d’importantes implications quant à la compréhension des interactions entre climat et écosystèmes et à l’évaluation de leurs capacités de charge. La caractérisation de la structure spatiale des végétations arides, notamment par la transformée de Fourier d’images HR, devrait être généralisée comme outil de monitoring de l’état de ces écosystèmes. Nos études portant sur les modes d’interactions spatiales ont permis de confirmer l’existence d’une facilitation à courte portée du couvert végétal sur la ressource. Cependant, cette facilitation ne semble pas s’exercer sur le terme du bilan hydrique traditionnellement avancé, à savoir l’infiltration, mais plutôt sur le taux d’évaporation (deux fois moindre à l’ombre des canopées). Ce mécanisme exclut l’existence de transferts diffusifs souterrains entre sols nu et fourrés. Des transferts inverses semblent d’ailleurs montrés par le marquage isotopique. L’étude du bilan hydrique et la cartographie du micro-relief, ainsi que la profondeur fortement réduite de la zone d’exploitation racinaire, jettent de sérieux doutes quant au rôle communément admis des transferts d’eau par ruissellement/diffusion de surface en tant que processus clé dans la compétition à distance entre les plantes. L’alternative réside dans l’existence d’une compétition racinaire de portée supérieure aux canopées. Cette hypothèse trouve une confirmation tant par les rhizosphères excavées, superficielles et étendues, que dans le marquage isotopique, montrant des contaminations d’arbustes situés à plus de 15 m de la zone d’apport. De même, l’étude du bilan hydrique met en évidence les influences simultanées et contradictoires (facilitation/compétition) des ligneux sur l’évapotranspiration.

/

This PhD thesis gathers results of a research dealing with the causes of the spatial organisation of periodic vegetations. These landscape structures, featuring regular spotted, labyrinthine or banded patterns of decametric to hectometric scale, and extending over considerable areas on at least three continents, constitute a perfect study case to approach endogenous processes leading to vegetation heterogeneities. These patterns occur over homogeneous substratum, except for vegetation’s own feedbacks, and are marked by sharp ecotones and the persistence of a considerable amount of bare soil. A number of models suggested a possible case of self-organized patterning, in which the general structure would emerge from local interactions between individuals. Those models rest on the interplay of competitive and facilitative effects, relating to soil water consumption and to soil water budget enhancement by vegetation. A general necessary condition for pattern formation to occur is that negative interactions (competition) have a larger range than positive interactions (facilitation). Moreover, all models agree with the idea that patterning occurs when vegetation growth decreases, for instance as a result of reduced water availability, domestic grazing or wood cutting, therefore viewing patterns as a self-organised response to environmental constraints. However the modus operandi of the spatial interactions between individual plants remains largely to be specified.

We carried out a field research in South-West Niger, within and around the W Regional Park. Three research lines were explored: (i) The study of the spatial dependency between the vegetation pattern (mapped biovolumes) and the factors of the abiotic environment (soil, relief), on the basis of spectral and cross-spectral analyses with Fourier transform (1D and 2D). (ii) A broad scale diachronic study (1956, 1975, 1996) of the influence of aridity and human induced pressures on the vegetation self-patterning, based on the characterisation of patterns on high resolution remote sensing data via 2D Fourier transform. (iii) Three different approaches of the spatial interactions between individuals: via root systems excavation with pulsed air; via the monitoring in space and time of the soil water budget (gypsum blocks method); and via water resource labelling with deuterated water.

We could establish that periodic vegetations are indeed the result of a self-organisation process, occurring in homogeneous substratum conditions and modulated by climate and human constraints. A rapid adjustment between vegetation patterning and climate could be observed in protected zones. The area and patterning of the periodic vegetations successively progressed and regressed, following drier or wetter climate conditions. On the other hand, outside protected areas, the restoration ability of vegetation appeared to depend on the degree of vegetation resource exploitation. These results have important implications regarding the study of vegetation-climate interactions and the evaluation of ecosystems’ carrying capacities. Spatial pattern characterisation in arid vegetations using Fourier transform of HR remote sensing data should be generalised for the monitoring of those ecosystems. Our studies dealing with spatial interaction mechanisms confirmed the existence of a short range facilitation of the cover on water resource. However, this facilitation does not seem to act through the commonly accepted infiltration component, but rather on the evaporative rate (twice less within thickets). This mechanism excludes underground diffusive transfers between bare ground and vegetation. Inverse transfers were even shown by deuterium labelling. Water budget study and micro-elevation mapping, along with consistent soil shallowness, together cast serious doubts on the traditional mechanism of run-off/diffusion of surface water as a key process of the long range competition between plants. An alternative explanation lies in long range root competition. This hypothesis find support as well in the excavated root systems, shallow and wide, as in isotopic labelling, showing contaminations of shrubs located up to 15 m of the irrigated area. Water budget study also evidenced simultaneous contradictory effects (facilitation/competition) of shrubs on evapotranspiration.